(57)【要約】  α線の発生が有意に抑制されるとともに、レーザ加工が可能で、シリコン製部材との親和性が高い、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を提供する。本発明は、複数の貫通孔を有し、αカウントが０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈ以下であり、４０ｗｔ％以上のＳｉＯ２を含み、かつＬｉ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｎａ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｋ２Ｏの含有量（ｗｔ％）の総和が６．０ｗｔ％以下、５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数が２０×１０−７／Ｋ〜４０×１０−７／Ｋの範囲にあることを特徴とするガラス基板に関する。
2011132603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔を有し、
αカウントが０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈ以下であり、
４０ｗｔ％以上のＳｉＯ２を含み、かつＬｉ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｎａ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｋ２Ｏの含有量（ｗｔ％）の総和が６．０ｗｔ％以下、
５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数が２０×１０−７／Ｋ〜４０×１０−７／Ｋの範囲にあることを特徴とする半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板。
【請求項２】
当該ガラス基板は、実質的にバリウムを含まないことを特徴とする請求項１に記載のガラス基板。
【請求項３】
当該ガラス基板は、Ｌｉ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｎａ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｋ２Ｏの含有量（ｗｔ％）の総和が３．５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス基板。
【請求項４】
当該ガラス基板は、７０ＧＰａ以上のヤング率を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のガラス基板。
【請求項５】
前記貫通孔は、テーパ角が０．１゜〜２０゜の範囲のテーパ形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のガラス基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度実装化に伴うプリント回路基板の高密度化の要求に応えるため、複数のプリント回路基板を積層した多層プリント回路基板が開発されている。このような多層回路基板では、樹脂製の絶縁層にビアホールと呼ばれる直径１００μｍ以下程度の微細な貫通孔を形成し、この内部にメッキを施して、上下に積層されたプリント回路基板間の導電層同士を電気的に接続する。【０００３】
このような貫通孔をより容易に形成する方法として、特許文献１、２には、多数の貫通開口が形成されたマスクを介して、絶縁層にレーザ光を照射する方法が記載されている。この方法によれば、樹脂製の絶縁層に複数の貫通孔を同時に空けることができるので、貫通孔（ビアホール）をより容易に形成することができる。また、非特許文献１には、このような絶縁層として、複数の貫通孔を有するガラス基板が使用され得ることが記載されている。【０００４】
一方、半導体デバイスの小型化、高速化、低消費電力化の要求がより一層高まる中、複数のＬＳＩからなるシステムを１つのパッケージに収める、システムインパッケージ（ＳｉＰ）技術と３次元実装技術を組み合わせた３次元ＳｉＰ技術の開発も進められている。この場合、ワイヤボンディング技術では、微細なピッチに対応することができないため、貫通電極を用いたインターポーザと呼ばれる中継基板が必要となる。このような中継基板用の材料として、ガラス基板を使用することが考えられる。【０００５】
ところで、例えば、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体：Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサまたはＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）のような半導体デバイスは、パッケージ用の窓ガラスから放出されるα線による影響を受けやすく、α線によるソフトエラーが発生してしまう場合がある。このため、このような半導体デバイスに使用されるガラスには、α線を放出する放射性同位元素、特にＵ（ウラン）およびＴｈ（トリウム）の存在量をできる限り低減することが求められる。【０００６】
このような観点の下、特許文献３、４には、特定の組成のリン酸塩系のガラスを使用することにより、α線放出量を抑制することができることが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開２００５−８８０４５号公報
【特許文献２】日本国特開２００２−１２６８８６号公報
【特許文献３】日本国特許第３２８３７２２号
【特許文献４】日本国特開２００５−３５３７１８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＪＰＣＡ  ＮＥＷＳ、ｐ１６−ｐ２５  ２００９年１０月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、特許文献３、４には、α線放出量を抑制することが可能なリン酸塩系ガラスが記載されている。しかしながら、一般にリン酸塩系ガラスは、加工性が比較的悪く、レーザ加工によって微細な貫通孔を形成することは、比較的難しい。【００１０】
また、特許文献３には、α線放出量を抑制することが可能なホウケイ酸ガラスが記載されているが、この熱膨張係数は、４７×１０−７／Ｋ以上であり、この値は、シリコンの熱膨張係数（約３３×１０−７／Ｋ）に比べて著しく大きい。このため、このようなガラスを、例えばインターポーザのような貫通電極用の構成部材に適用し、インターポーザの上下に、シリコンチップのような導電性部材を設置して、半導体デバイスを構成した場合、以下のような問題が生じる。すなわち、半導体デバイスが応力を受けた際に、ガラス基板とシリコンチップとの熱膨張係数のミスマッチにより、導電性部材同士の間で接触不良が生じたり、半導体デバイス自身が破損したりするおそれがある。【００１１】
このように、特許文献３、４に記載のガラスを半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板に適用することは極めて難しいという問題がある。【００１２】
本発明は、以上のような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、α線の発生が有意に抑制されるとともに、レーザ加工が可能で、シリコン製部材との親和性が高い、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、以下の半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を提供する。
（１）複数の貫通孔を有し、
αカウントが０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈ以下であり、
４０ｗｔ％以上のＳｉＯ２を含み、かつＬｉ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｎａ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｋ２Ｏの含有量（ｗｔ％）の総和が６．０ｗｔ％以下、
５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数が２０×１０−７／Ｋ〜４０×１０−７／Ｋの範囲にあることを特徴とする半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板。
（２）当該ガラス基板は、実質的にバリウムを含まないことを特徴とする（１）に記載のガラス基板。
（３）当該ガラス基板は、Ｌｉ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｎａ２Ｏの含有量（ｗｔ％）＋Ｋ２Ｏの含有量（ｗｔ％）の総和が３．５ｗｔ％以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載のガラス基板。
（４）当該ガラス基板は、７０ＧＰａ以上のヤング率を有することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一つに記載のガラス基板。
（５）前記貫通孔は、テーパ角が０．１゜〜２０゜の範囲のテーパ形状を有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか一つに記載のガラス基板。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、α線の発生が有意に抑制されるとともに、レーザ加工が可能で、シリコン製部材との親和性が高い、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のガラス基板における貫通孔の拡大断面図の一例である。
【図２】本発明の製造方法に使用される製造装置の一構成を概略的に示した図である。
【図３】本発明の製造方法のフローを概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について詳しく説明する。
【００１７】
本発明による半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板（以下、単に「本発明のガラス基板」と称する）は、複数の貫通孔を有し、αカウントが０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈ以下であり、４０ｗｔ％以上のＳｉＯ２を含み、５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数が２０×１０−７／Ｋ〜４０×１０−７／Ｋの範囲にあることを特徴とする。
【００１８】
本発明によるガラス基板は、αカウントが０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈ以下である。従って、本発明によるガラス基板を、例えば、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体：Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサまたはＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）のような半導体デバイスに使用しても、α線によるソフトエラーが発生する危険性が抑制される。より好ましくは０．０１ｃ／ｃｍ２・ｈ以下、特に好ましくは０．００２ｃ／ｃｍ２・ｈ未満である。
αカウントの測定には、市販のα線測定装置、例えば、住化分析センター社製α線測定装置（ＬＡＣＳ）を用いて測定することができる。これらの装置では、試料表面からのα線を比例係数器を用いて測定しており、α線がガスをイオン化することで生じるパルス電流をパルス電圧に変換し、ある閾値以上のパルスをカウントすることにより、αカウントを測定することができる。
【００１９】
ここで、本発明では、αカウントを上記のような範囲に抑制するため、ガラス中のα線を放出する放射性同位元素、特にＵ（ウラン）およびＴｈ（トリウム）の含有量をできる限り低減している。例えば、本発明のガラス基板において、Ｕ（ウラン）およびＴｈ（トリウム）の含有量は、ともに５質量ｐｐｂ未満である。また、本発明のガラス基板では、Ｂａ（バリウム）および／またはＺｒ（ジルコニウム）の含有量も、極めて少なくなっており、その量は、いずれも５質量ｐｐｂ未満である。これは、通常、Ｂａ（バリウム）やＺｒ（ジルコニウム）の原料中に、ごく僅かながらＵ（ウラン）およびＴｈ（トリウム）が含まれる可能性が高いためである。
【００２０】
また、本発明によるガラス基板は、４０ｗｔ％以上のＳｉＯ２を含む。従って、本発明のガラス基板では、従来のリン酸塩系のガラスに比べて、レーザによる加工を比較的容易に行うことができる。
【００２１】
さらに、本発明のガラス基板は、５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数（以下、単に「熱膨張係数」ともいう）が２０×１０−７／Ｋ〜４０×１０−７／Ｋの範囲に調整されている。従って、本発明のガラス基板は、シリコンウェハ上に積層したり、あるいは逆に、上部にシリコンによって構成されたチップを積層したりしても、ガラス基板とシリコンウェハとの間で剥離が生じたり、シリコンウェハが変形したりすることが生じ難い。
【００２２】
特に、ガラス基板の熱膨張係数は、２５×１０−７／Ｋ〜３８×１０−７／Ｋの範囲であることが好ましく、３０×１０−７／Ｋ〜３５×１０−７／Ｋの範囲であることがより好ましい。この場合、よりいっそう剥離および／または変形が抑制される。なお、マザーボードなどの樹脂基板とマッチングを得る必要がある場合、ガラス基板の熱膨張係数は、３５×１０−７／Ｋ〜４０×１０−７／Ｋの範囲にあることが好ましい。
【００２３】
なお、本発明において、５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数は、示差熱膨張計（ＴＭＡ）を用いて測定し、ＪＩＳ  Ｒ３１０２（１９９５年度）に基づいて求めた値を意味する。
【００２４】
以上の特徴により、本発明では、α線の発生が有意に抑制されるとともに、レーザ加工が可能で、シリコン製部材との親和性が高い、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を提供することができる。
【００２５】
本発明のガラス基板は、通常の場合、厚さが０．０１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある。ガラス基板の厚さが５ｍｍよりも厚くなると、貫通孔の形成に時間がかかり、また０．０１ｍｍ未満になると、割れなどの問題が生じるようになるからである。本発明のガラス基板の厚さは、０．０２〜３ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜１ｍｍであることがさらに好ましい。ガラス基板の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることが特に好ましい。
【００２６】
本発明のガラス基板は、４０ｗｔ％以上のＳｉＯ２を含む。ＳｉＯ２含有量は、例えば、５０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲であっても良い。ＳｉＯ２含有量がこれより多くなると、貫通孔の形成の際に、ガラス基板の裏面に、クラックが発生する可能性が高くなる。さらに好ましくは、ＳｉＯ２含有量が５５ｗｔ％以上６７ｗｔ％以下である。特に好ましくは、ＳｉＯ２含有量が５９ｗｔ％以上６２ｗｔ％以下である。その他の成分については、本発明の要件が満たされる限り特に限定されず、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ等を任意の量で、任意に組み合わせたものを使用することができる。
【００２７】
ガラスのクラック発生挙動は、ＳｉＯ２含有量が多いガラスと少ないガラスでは異なることが知られており、ＳｉＯ２含有量が極めて多いガラスは、物体との接触などにより、コーン形状のクラックが生成しやすくなる。一方、ＳｉＯ２含有量が極端に少ないガラスは、物体との接触などにより、割れが生成しやすい。従って、ガラス基板中のＳｉＯ２含有量を上記範囲に調整することにより、ガラス基板に対して、割れやクラックを生じにくくすることができる。
【００２８】
本発明のガラス基板は、アルカリ含有率（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの総和）が低いものが好ましく、Ｌｉ２Ｏ（ｗｔ％）＋Ｎａ２Ｏ（ｗｔ％）＋Ｋ２Ｏ（ｗｔ％）の総和が６．０ｗｔ％以下であり、３．５ｗｔ％以下であることが好ましい。具体的には、ナトリウム（Ｎａ）とカリウム（Ｋ）との合計含有量は、酸化物換算で３．５ｗｔ％以下であることが好ましい。合計含有量が３．５ｗｔ％を超えると、熱膨張係数が４０×１０−７／Ｋを超える可能性が高くなる。ナトリウム（Ｎａ）とカリウム（Ｋ）との合計含有量は、３ｗｔ％以下であることがより好ましい。本発明のガラス基板を高周波デバイスに用いる場合、あるいは例えば、５０μｍ以下の貫通孔を２００μｍ以下のピッチで多数形成する場合など、極めて微細なピッチで多数の貫通孔を形成する場合は、ガラス基板は、無アルカリガラスであることが特に好ましい。
【００２９】
ここで、無アルカリガラスとは、アルカリ金属の総量が、酸化物換算で０．１ｗｔ％未満のガラスを意味する。
【００３０】
本発明のガラス基板は、実質的にバリウムを含まないことが好ましい。バリウムの原料には、Ｕ、Ｔｈが混入しやすいためである。ここで、実質的にバリウムを含まないとは以下のことを意味する。具体的には、ＢａＯの含有量は０．３ｗｔ％以下が好ましく、０．２ｗｔ％以下がさらに好ましく、０．０１ｗｔ％以下が特に好ましい。
【００３１】
また、本発明のガラス基板は、実質的にジルコニウムを含まないことが好ましい。ジルコニウムの原料には、Ｕ、Ｔｈが混入しやすいためである。ここで、実質的にジルコニウムを含まないとは以下のことを意味する。具体的には、ＺｒＯ２の含有量は０．５ｗｔ％以下が好ましく、０．２ｗｔ％以下がさらに好ましく、０．１ｗｔ％以下が特に好ましく、０．０１ｗｔ％以下が最も好ましい。
【００３２】
本発明のガラス基板は、２５℃、１ＭＨｚでの誘電率が６以下であることが好ましい。また、本発明のガラス基板は、２５℃、１ＭＨｚでの誘電損失が０．００５以下であることが好ましい。誘電率および誘電損失を小さくすることにより、優れたデバイス特性を発揮することができる。
【００３３】
本発明のガラス基板は、７０ＧＰａ以上のヤング率を有するガラスからなることが好ましい。ヤング率を所定以上の大きさにすることにより、ガラス基板の剛性が高くなり、貫通孔形成後も強度を維持しやすい。ヤング率は、例えば、曲げ共振法にて測定することができる。
【００３４】
本発明のガラス基板は、複数の貫通孔を有する。各貫通孔は、円形であっても良い。この場合、貫通孔の直径は、本発明のガラス基板の用途によっても異なるが、一般的には、５μｍ〜５００μｍの範囲にあることが好ましい。貫通孔の直径は、本発明のガラス基板を、上記のような多層回路基板の絶縁層として用いる場合、貫通孔の直径は、０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍであることがより好ましく、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍであることがさらに好ましい。また、ウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）技術を適用し、本発明のガラス基板をウェハ上に積層して、圧力センサ等に用いるＩＣチップを形成することができるが、この場合における空気を取り入れるための貫通孔の直径は、０．１〜０．５ｍｍであることがより好ましく、０．２〜０．４ｍｍであることがさらに好ましい。さらにこの場合、空気孔とは別の電極取り出し用の貫通孔の直径は、０．０１〜０．２ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜０．１ｍｍであることがさらに好ましい。特に、インターポーザなどの貫通電極として用いる場合には、貫通孔の直径は、０．００５〜０．０７５ｍｍであることがより好ましく、０．０１〜０．０５ｍｍであることがさらに好ましい。
【００３５】
なお、後述するように、本発明のガラス基板において、上記円形の貫通孔の一方の開口面における直径と、他方の開口面における直径とは、異なる場合がある。この場合、「貫通孔の直径」とは、両開口面のうちの大きい方の直径を意味するものとする。
【００３６】
大きいほうの直径（ｄｌ）と、小さいほうの直径（ｄｓ）の比（ｄｓ／ｄｌ）は、０．２〜０．９９であることが好ましく、０．５〜０．９０であることがより好ましい。
【００３７】
本発明のガラス基板において、貫通孔の数密度は、本発明のガラス基板の用途によっても異なるが、一般的には０．１個／ｍｍ２〜１０，０００個／ｍｍ２の範囲である。本発明のガラス基板を、上記に説明したような多層回路基板の絶縁層として用いる場合、貫通孔の数密度は、３個／ｍｍ２〜１０，０００個／ｍｍ２の範囲であることが好ましく、２５個／ｍｍ２〜１００個／ｍｍ２の範囲であることがより好ましい。また、ウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）技術を適用し、本発明のガラス基板をウェハ上に積層して、圧力センサ等に用いるＩＣチップを形成する場合、貫通孔の数密度は、１個／ｍｍ２〜２５個／ｍｍ２であることが好ましく、２個／ｍｍ２〜１０個／ｍｍ２の範囲であることがより好ましい。インターポーザなどの貫通電極として用いる場合には、貫通孔の数密度は、０．１個／ｍｍ２〜１，０００個／ｍｍ２であることがより好ましく、０．５個／ｍｍ２〜５００個／ｍｍ２であることがさらに好ましい。
【００３８】
本発明のガラス基板において、貫通孔の断面積は、一方の開口から他方の開口に向かって、単調に減少していても良い。この特徴について、図１を用いて説明する。
【００３９】
図１には、本発明のガラス基板に形成された貫通孔の拡大断面図の一例を示す。
【００４０】
図１に示すように、本発明のガラス基板１は、第１の表面１ａと、第２の表面１ｂとを有する。また、ガラス基板１は、貫通孔５を有する。この貫通孔５は、ガラス基板１の第１の表面１ａに設けられた第１の開口８ａから、第２の表面１ｂに設けられた第２の開口８ｂまで貫通している。
【００４１】
貫通孔５の第１の開口８ａでの直径は、Ｌ１であり、第２の開口８ｂでの直径は、Ｌ２である。
【００４２】
貫通孔５は、「テーパ角」αを有する。ここで、テーパ角αとは、ガラス基板１の第１の表面１ａ（および第２の表面１ｂ）の法線（図の点線）と、貫通孔５の壁面７とがなす角度を意味する。
【００４３】
なお、図１では、ガラス基板１の法線と、貫通孔５の右側の壁面７ａとがなす角度をαとしているが、同図において、ガラス基板１の法線と貫通孔の左側の面７ｂとがなす角も同様にテーパ角αであり、通常は、右側のテーパ角αと左側のテーパ角αとは、ほぼ同じ値を示す。右側のテーパ角αと左側のテーパ角αとの差は、３０％程度あっても良い。
【００４４】
本発明のガラス基板において、テーパ角αは、０．１゜〜２０゜の範囲にあることが好ましい。ガラス基板の貫通孔がこのようなテーパ角αを有する場合、貫通孔にメッキ等の方法により、金属等の導電物質を充填して電極を形成する際に、ガラス基板１の第１の表面１a側から貫通孔５の内部にまで、導電物質を、速やかに挿入することが可能となる。また、これにより、ガラス基板の上下に積層されたプリント回路基板の導電層同士を、ガラス基板の貫通孔を介して、より容易かつ確実に接続することが可能になる。テーパ角αは、特に、０．５゜〜１０゜の範囲であることが好ましく、２゜〜８゜の範囲であることがより好ましい。
【００４５】
後述するように、本発明によるガラス基板の製造方法では、テーパ角αを任意に調整することができる。
【００４６】
なお、本願では、ガラス基板１の貫通孔５のテーパ角αは、以下のようにして求めることができる：
ガラス基板１の第１の表面１ａ側の開口８ａにおける貫通孔５の直径Ｌ１を求める；
ガラス基板１の第２の表面１ｂ側の開口８ｂにおける貫通孔５の直径Ｌ２を求める；
ガラス基板１の厚さを求める；
貫通孔５全体において、テーパ角αは、均一であると仮定して、上記測定値から、テーパ角αが算出される。
【００４７】
本発明のガラス基板は、エキシマレーザ光の波長に対する吸収係数が、３ｃｍ−１以上であることが好ましい。この場合、貫通孔の形成がより容易となる。より効果的にエキシマレーザ光を吸収させるためには、ガラス基板中の鉄（Ｆｅ）の含有率は、２０質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、０．０１質量％以上であることがより好ましく、０．０３質量％以上であることがさらに好ましく、０．０５質量％以上であることが特に好ましい。一方、Ｆｅの含有率が多い場合は、着色が強くなり、レーザ加工時の位置あわせが難しくなるという問題が生じる場合がある。Ｆｅの含有率は０．２質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。
【００４８】
本発明のガラス基板は、半導体用デバイス部材用、より詳しくは、多層回路基板の絶縁層、ウェハレベルパッケージ、電極取り出し用の貫通穴、インターポーザなどの用途に好適に用いられる。
【００４９】
（本発明によるガラス基板の製造方法について）
次に、図２を参照して、前述のような特徴を有する本発明のガラス基板の製造方法について、説明する。
【００５０】
図２には、本発明のガラス基板を製造する際に使用される製造装置構成図の一例を示す。
【００５１】
図２に示すように、製造装置１００は、エキシマレーザ光発生装置１１０と、マスク１３０と、ステージ１４０とを備える。エキシマレーザ光発生装置１１０とマスク１３０との間には、複数のミラー１５０〜１５１およびホモジナイザー１６０が配置される。また、マスク１３０とステージ１４０との間には、別のミラー１５２および投影レンズ１７０が配置される。
【００５２】
マスク１３０は、例えば、レーザ光に対して透明な基材（透明基材）上に、反射層のパターンが配置された構成を有する。従って、マスク１３０において、透明基材上に反射層が設置されている箇所は、レーザ光を遮断し、反射層が設置されていない箇所は、レーザ光を透過することができる。
【００５３】
あるいは、マスク１３０は、貫通開口を有する金属板等で構成されても良い。金属板の材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、およびステンレス鋼等が使用される。
【００５４】
ステージ１４０上には、被加工対象となるガラス基板１２０が配置される。ステージ１４０を２次元的に、または３次元的に移動することにより、ガラス基板１２０を任意の位置に移動することができる。
【００５５】
このような製造装置１００の構成において、エキシマレーザ光発生装置１１０から生じたエキシマレーザ光１９０は、第１のミラー１５０、ホモジナイザー１６０および第２のミラー１５１を通り、マスク１３０に入射される。なお、エキシマレーザ光１９０は、ホモジナイザー１６０を通過した際に、均一な強度のレーザ光に調整される。
【００５６】
マスク１３０は、前述のように、レーザ光に対して透明な基材上に、反射層のパターンを有する。このため、エキシマレーザ光１９０は、反射層のパターン（より詳しくは、反射層の設置されていない部分）に対応したパターンで、マスク１３０から放射される。
【００５７】
その後、マスク１３０を透過したレーザ光１９０は、第３のミラー１５２によって方向調整され、投影レンズ１７０によって縮小投影され、ステージ１４０上に指示されたガラス基板１２０に入射される。このレーザ光１９０によって、ガラス基板１２０に、同時に複数の貫通孔が形成される。
【００５８】
ガラス基板１２０に貫通孔が形成された後、ステージ１４０上でガラス基板１２０を移動させてから、再度、ガラス基板１２０にエキシマレーザ光１９０を照射しても良い。これにより、ガラス基板１２０の表面の所望の部分に、所望の貫通孔を形成することができる。すなわち、本方法では、公知のステップ・アンド・リピート法を適用することができる。
【００５９】
なお、投影レンズ１７０は、ガラス基板１２０の表面の加工領域の全体に、エキシマレーザ光１９０を照射し、貫通孔を一度に形成できるものが好ましい。しかしながら、通常、全貫通孔を一度に形成し得る照射フルエンスを得ることは難しい場合が多い。そこで実際は、マスク１３０を通過したエキシマレーザ光１９０を、投影レンズ１７０によって縮小投影することにより、ガラス基板１２０の表面におけるエキシマレーザ光１９０の照射フルエンスを増加させ、貫通孔を形成するために必要な照射フルエンスを確保する。
【００６０】
投影レンズ１７０での縮小投影を利用することにより、ガラス基板１２０の表面におけるエキシマレーザ光１９０の断面積を、マスク１３０を通過した直後のエキシマレーザ光１９０の断面積に対して、１／１０とすれば、照射フルエンスを１０倍にすることができる。縮小率が１／１０の投影レンズを用い、エキシマレーザ光の断面面積を１／１００とすることにより、ガラス基板１２０の表面におけるエキシマレーザ光の照射フルエンスを、発生装置１１０から発生した直後のエキシマレーザ光の１００倍とすることができる。
【００６１】
図３には、本発明のガラス基板の製造方法のフローの一例を概略的に示す。
【００６２】
図３に示すように、本発明のガラス基板の製造方法は、
（１）ガラス基板を準備するステップ（ステップＳ１１０）と、
（２）前記ガラス基板を、エキシマレーザ光発生装置からのエキシマレーザ光の光路上に配置するステップ（ステップＳ１２０）と、
（３）前記エキシマレーザ光発生装置と、前記ガラス基板との間の前記光路上に、マスクを配置するステップ（ステップＳ１３０）と、
（４）前記エキシマレーザ光発生装置から、前記光路に沿って前記ガラス基板に、前記エキシマレーザ光を照射するステップであって、これにより、前記ガラス基板に前記貫通孔が形成されるステップ（ステップＳ１４０）と、を有する。
【００６３】
以下、各ステップについて説明する。
【００６４】
（ステップＳ１１０）
最初に、αカウントが０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈ以下であり、４０ｗｔ％以上のＳｉＯ２を含み、熱膨張係数が２０×１０−７／Ｋ〜４０×１０−７／Ｋの範囲にあるガラス基板が準備される。ガラス基板の好ましい組成等は、前述の通りである。
【００６５】
（ステップＳ１２０）
次に、前記ガラス基板は、エキシマレーザ光発生装置からのエキシマレーザ光の光路上に配置される。図２に示したように、ガラス基板１２０は、ステージ１４０上に配置されても良い。
【００６６】
エキシマレーザ光発生装置１１０から放射されるエキシマレーザ光１９０としては、発振波長が２５０ｎｍ以下であれば、使用することができる。出力の観点からは、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、またはＦ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）が好ましい。取扱いとガラスの吸収の観点からは、ＡｒＦエキシマレーザがより好ましい。
【００６７】
また、エキシマレーザ光１９０として、パルス幅が短いものを用いた場合、ガラス基板１２０の照射部位における熱拡散距離が短くなり、ガラス基板に対する熱影響を抑えることができる。この観点からは、エキシマレーザ光１９０のパルス幅は、１００ｎｓｅｃ以下であることが好ましく、５０ｎｓｅｃ以下であることがより好ましく、３０ｎｓｅｃ以下であることがさらに好ましい。
【００６８】
また、エキシマレーザ光１９０の照射フルエンスは、１Ｊ／ｃｍ２以上とすることが好ましく、２Ｊ／ｃｍ２以上とすることがより好ましい。エキシマレーザ光１９０の照射フルエンスが低すぎると、アブレーションを誘起することができず、ガラス基板に貫通孔を形成することが難しくなるおそれがある。一方、エキシマレーザ光１９０の照射フルエンスが２０Ｊ／ｃｍ２を超えると、ガラス基板にクラックや割れが発生し易くなる傾向がある。エキシマレーザ光１９０の照射フルエンスの好適範囲は、使用するエキシマレーザ光１９０の波長域や加工されるガラス基板の種類等によっても異なるが、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）の場合、２〜２０Ｊ／ｃｍ２であることが好ましい。また、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）の場合、１〜１５Ｊ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００６９】
なお、特に説明がない限り、エキシマレーザ光１９０の照射フルエンスの値は、加工されるガラス基板の表面における値を意味するものとする。また、このような照射フルエンスは、加工面上でエネルギーメータを使用して測定した値を意味するものとする。
【００７０】
（ステップＳ１３０）
次に、前記エキシマレーザ光発生装置１１０と、前記ガラス基板１２０との間に、マスク１３０が配置される。
【００７１】
マスク１３０は、前述のように、透明基材上に反射層のパターンを形成することにより構成されても良い。透明基材は、レーザ光１９０に対して透明である限り、材質は特に限定されない。透明基材の材質は、例えば、合成石英、溶融石英、ホウケイ酸ガラス等であっても良い。
【００７２】
一方、反射層は、レーザ光１９０を効率的に遮断する性質を有する限り、材質は特に限定されない。反射層は、例えば、クロム、銀、アルミニウム、および／または金等の金属で構成されても良い。
【００７３】
また、マスク１３０の大きさ、マスク１３０の反射層パターンの形状、配置等は、特に限定されない。
【００７４】
（ステップＳ１４０）
次に、マスク１３０を介して、エキシマレーザ光発生装置１１０からガラス基板１２０に、エキシマレーザ光１９０が照射される。
【００７５】
エキシマレーザ光１９０をガラス基板１２０に照射する際には、エキシマレーザ光の繰り返し周波数と照射時間とを調整することで、ショット数を調整することができる（ショット数＝繰り返し周波数×照射時間）。
【００７６】
照射フルエンス（Ｊ／ｃｍ２）とショット数（回）とガラス基板の厚さ（ｍｍ）との積が、１，０００〜３０，０００となるように、エキシマレーザ光１９０をガラス基板１２０に照射することが好ましい。
【００７７】
この範囲は、ガラス基板１２０の種類や性状（特にガラス転移温度Ｔｇに関連すると推定する）にもよるが、概ね１，０００〜２０，０００であることがより好ましく、２，０００〜１５，０００であることがより好ましく、３，０００〜１０，０００であることがさらに好ましい。照射フルエンスとショット数との積がこのような範囲であると、よりクラックが形成され難いからである。照射フルエンスは１〜２０Ｊ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００７８】
また、エキシマレーザ光の照射フルエンスが大きいと、テーパ角αが小さくなる傾向がある。逆に、照射フルエンスが小さいと、テーパ角αは、大きくなる傾向にある。そこで、照射フルエンスを調整することで、所望のテーパ角αの貫通孔を有するガラス基板を得ることができる。テーパ角αは、０．１゜〜２０゜の範囲であっても良い。
【００７９】
以上の工程により、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を製造することができる。
【００８０】
なお、通常、半導体回路作製ウェハサイズは、６〜８インチ程度である。また、上記のように投影レンズ１７０によって縮小投影した場合、ガラス基板の表面での加工領域は、通常数ｍｍ角程度となる。従って、ガラス基板１２０の加工希望領域全体にエキシマレーザ光を照射するには、一箇所の加工が終了した後、エキシマレーザ光を移動するか、ガラス基板１２０を移動する必要がある。どちらかといえば、エキシマレーザ光に対してガラス基板１２０を移動させることが好ましい。光学系を駆動する必要がなくなるからである。
【００８１】
また、ガラス基板１２０にエキシマレーザ光を照射すると、デブリ（飛散物）が発生する場合がある。また、このデブリが貫通孔の内部に堆積すると、加工されたガラス基板の品質や加工レートが劣化する場合がある。従って、ガラス基板へのレーザ照射と同時に、吸引もしくは吹き飛ばし処理により、デブリの除去を行っても良い。
【実施例】
【００８２】
次に、本発明の実施例（例１〜３）と比較例（例４〜６）について説明する。【００８３】
（例１）
ＳｉＯ２が６０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が１７ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３が８ｗｔ％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯの総和が１５ｗｔ％、およびＦｅ２Ｏ３が０．０５ｗｔ％となるように、各原料粉を秤量、混合し、混合粉末を得る。なお、混合粉末中に、ＢａＯ、ＺｒＯ２、およびアルカリ金属酸化物は、添加していない。このため、混合粉末中には、ＢａおよびＺｒを実質的に含有しない。【００８４】
分析の結果、混合粉末中のＵ（ウラン）およびＴｈ（トリウム）の含有量は、それぞれ、５質量ｐｐｂ未満である。【００８５】
この混合粉末を白金坩堝に入れ、大気雰囲気下、１６００℃で溶融させる。冷却後に、得られたガラスを切断、研磨して、例１に係るガラスサンプルを調製する。【００８６】
次に、得られたガラスサンプルを用いて、以下の評価を行う。【００８７】
（αカウントの測定）
αカウントの測定には、住化分析センター社製α線測定装置（ＬＡＣＳ）を使用する。この装置では、試料表面からのα線を比例係数器と用いて測定しており、α線がガスをイオン化することで生じるパルス電流をパルス電圧に変換し、ある閾値以上のパルスをカウントすることにより、αカウントを測定することができる。ガラスサンプルは、測定面積が９２４ｃｍ２となるようにする。【００８８】
測定の結果、本ガラスのαカウントは、０．００２（検出限界値）未満である。【００８９】
（ヤング率の測定）
ヤング率は、曲げ共振法にて測定する。ガラスサンプルは、１００ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍの大きさに研削加工したものを用いる。測定用のガラスサンプルの寸法は、１００ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍとする。【００９０】
測定の結果、本ガラスのヤング率は、７６ＧPａである。【００９１】
（熱膨張係数の測定）
各サンプルの熱膨張係数は、前述のように、ＪＩＳ  Ｒ３１０２（１９９５年度）に基づいて測定する。測定用のガラスサンプルの寸法は、径５ｍｍ×２０ｍｍの丸棒とする。【００９２】
測定の結果、本ガラスの熱膨張係数は、３７×１０−７／Ｋである。【００９３】
表１には、例１におけるガラス組成、および測定結果をまとめて示す。【００９４】
【表１】
2011132603.tif 000003
このように、例１のガラスは、α線の発生量が少なく、α線による影響を受けやすい半導体デバイス等にも適正に使用することができる。また、例１のガラスは、ヤング率が比較的大きく、レーザ加工によって、比較的容易に貫通孔を形成することが可能である。さらに、例１のガラスは、熱膨張係数がシリコンと比較的接近しており、シリコン製部材との親和性が高い、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を提供することができる。【００９５】
（例２）
例１と同様の方法により、例２に係るガラスサンプルを製作する。ただし、例２では、ＳｉＯ２が６２．１ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が１９．１ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３が７．３ｗｔ％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯの総和が１１．５ｗｔ％、およびＦｅ２Ｏ３が０．０５ｗｔ％となるように、各原料粉を秤量、混合し、混合粉末を得る。このため、混合粉末中には、ＢａおよびＺｒは、実質的に含有されていない。【００９６】
分析の結果、混合粉末中のＵ（ウラン）およびＴｈ（トリウム）の含有量は、それぞれ、５質量ｐｐｂ未満である。【００９７】
αカウントの測定の結果、本ガラスのαカウントは、０．００２（検出限界値）未満である。また、本ガラスのヤング率は、７８ＧPａであり、熱膨張係数は、３２×１０−７／Ｋである。【００９８】
前述の表１の例２の欄には、例２におけるガラス組成、および測定結果をまとめて示す。【００９９】
この結果から、例２のガラスによって、例１のガラスと同様、α線の発生が少なく、レーザ加工が可能で、シリコン製部材との親和性が高い、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を提供することができることがわかる。【０１００】
（例３）
例１と同様の方法により、例３に係るガラスサンプルを製作する。ただし、例３では、ＳｉＯ２が６５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が１０ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３が５ｗｔ％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯの総和が１７ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの総和が３ｗｔ％、およびＦｅ２Ｏ３が５０重量ｐｐｍ（０．００５ｗｔ％）となるように、各原料粉を秤量、混合し、混合粉末を得る。なお、混合粉末中に、ＢａＯおよびＺｒＯは、添加していない。このため、混合粉末中には、ＢａおよびＺｒは、実質的に含有されていない。【０１０１】
分析の結果、混合粉末中のＵ（ウラン）およびＴｈ（トリウム）の含有量は、それぞれ、５質量ｐｐｂ未満である。【０１０２】
αカウントの測定の結果、本ガラスのαカウントは、０．００２（検出限界値）未満である。また、本ガラスのヤング率は、８２ＧPａであり、熱膨張係数は、約３３×１０−７／Ｋである。【０１０３】
前述の表１の例３の欄には、例３におけるガラス組成、および測定結果をまとめて示す。【０１０４】
この結果から、例３のガラスによって、例１のガラスと同様、α線の発生が少なく、レーザ加工が可能で、シリコン製部材との親和性が高い、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を提供することができることがわかる。【０１０５】
（例４）
例１と同様の方法により、例４に係るガラスサンプルを製作する。ただし、例４では、ＳｉＯ２が８１ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が２．３ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３が１２．７ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの総和が４ｗｔ％、ＺｒＯ２が０．０８ｗｔ％、およびＦｅ２Ｏ３が０．０６ｗｔ％となるように、各原料粉を秤量、混合し、混合粉末を得る。このため、混合粉末中には、Ｂａは、実質的に含有されていない。【０１０６】
αカウントの測定の結果、本ガラスのαカウントは、約０．０７であった。このため、本ガラスは、α線による影響を受けやすい半導体デバイスには、使用することができないと予想される。【０１０７】
また、本ガラスのヤング率は、６４ＧPａである。このようなヤング率を有するガラスの場合、貫通電極や配線、チップの積層などによって生じる応力によって、変形や反りが発生しやすく、問題が生じやすい。また、このようなヤング率を有するガラスの場合、ガラスそのものの強度が低下しやすい。【０１０８】
なお、本ガラスの熱膨張係数は、３３×１０−７／Ｋである。【０１０９】
前述の表１の例４の欄には、例４におけるガラス組成、および測定結果をまとめて示す。【０１１０】
（例５）
例１と同様の方法により、例５に係るガラスサンプルを製作する。ただし、例５では、ＳｉＯ２が５８．６ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が１６．４ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３が８．６ｗｔ％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯの総和が７ｗｔ％、ＢａＯが９．４ｗｔ％、およびＦｅ２Ｏ３が０．０２ｗｔ％となるように、各原料粉を秤量、混合し、混合粉末を得る。【０１１１】
αカウントの測定の結果、本ガラスのαカウントは、約０．１を超えている。このため、本ガラスは、α線による影響を受けやすい半導体デバイスには、使用することができないと予想される。【０１１２】
なお、本ガラスのヤング率は、７１ＧPａであり、熱膨張係数は、３９×１０−７／Ｋである。【０１１３】
前述の表１の例５の欄には、例５におけるガラス組成、および測定結果をまとめて示す。【０１１４】
（例６）
例１と同様の方法により、例６に係るガラスサンプルを製作する。ただし、例６では、ＳｉＯ２が５９ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が３ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３が２０ｗｔ％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＺｎＯの総和が２．６ｗｔ％、およびＬｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの総和が１５．４ｗｔ％となるように、各原料粉を秤量、混合し、混合粉末を得る。【０１１５】
αカウントの測定の結果、本ガラスのαカウントは、０．００２（検出限界値）未満である。【０１１６】
しかしながら、本ガラスのヤング率は、６６ＧPａである。このようなヤング率を有するガラスの場合、貫通電極や配線、チップの積層などによって生じる応力によって、変形や反りが発生しやすく、問題が生じやすい。また、このようなヤング率を有するガラスの場合、ガラスそのものの強度が低下しやすい。【０１１７】
また、本ガラスの熱膨張係数は、約７２×１０−７／Ｋである。このような大きな熱膨張係数を有するガラスを半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板として適用した場合、半導体デバイスが応力を受けた際に、ガラス基板とシリコンチップとの熱膨張係数のミスマッチにより、導電性部材同士の間で接触不良が生じたり、半導体デバイス自身が破損したりするおそれがある。従って、例７に係るガラスは、半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板に適用することは難しいと考えられる。【０１１８】
前述の表１の例６の欄には、例６におけるガラス組成、および測定結果をまとめて示す。【０１１９】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１０年４月２０日出願の日本特許出願２０１０−０９７２２８に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、半導体用デバイス部材用、より詳しくは、多層回路基板の絶縁層、ウェハレベルパッケージ、電極取り出し用の貫通穴、インターポーザなどの用途に好適に用いられるガラス基板に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１    ガラス基板
１ａ  第１の表面
１ｂ  第２の表面
１ｃ  壁面
５    貫通孔
７    壁面
８ａ  第１の開口
８ｂ  第２の開口
α    テーパ角
Ｌ１  貫通孔の第１の開口の直径
Ｌ２  貫通孔の第２の開口の直径
１００  製造装置
１１０  エキシマレーザ光の発生装置
１２０  ガラス基板
１３０  マスク
１４０  ステージ
１５０〜１５２  ミラー
１６０  ホモジナイザー
１７０  投影レンズ
【図１】
2011132603.tif 000004
【図２】
2011132603.tif 000005
【図３】
2011132603.tif 000006
【国際調査報告】
2011132603.tif 000007
2011132603.tif 000008
2011132603.tif 000009
2011132603.tif 000010